원자력연 "원전 폐수지 탄화·고형화…안전하게 처리·처분"

폐수지 탄화 후 시멘트·지오폴리머로 고형화
고화체 40%까지 탄화 폐수지 넣어 방폐장 인수 기준 충족
최종 처분 부피·비용 줄이는 게 강점…그린방사선에 기술이전

방사성 폐이온교환수지(폐수지)를 탄화한 후 고형화해 안전하게 처리·처분할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국원자력연구원(원자력연)은 원자력시설청정기술개발부 임승주 박사 연구팀이 원자력발전소에서 발생하는 폐수지를 탄화한 후 시멘트 또는 지오폴리머를 이용해 고체 형태로 만드는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

손성준 선임연구원이 탄화 폐수지가 포함된 시멘트 고화체의 압축 강도를 측정하고 있다. 한국원자력연구원

원전은 정상 운전이나, 해체 과정에서 시설과 설비에 묻은 방사성물질을 제거하는 제염 작업을 한다. 이 과정에서 발생하는 폐액 속 방사성물질은 이온교환수지라는 필터 소재를 이용해 걸러낸다. 방사성물질을 흡착해 사용할 수 없게 된 이온교환수지가 폐수지다.

폐수지는 시멘트 등으로 고형화한 후 최종 처분해야 한다. 하지만 물을 쉽게 흡수하고 팽창하는 특성 때문에 폐수지를 시멘트 등과 그대로 섞어 굳히기 어렵다. 폐수지를 많이 넣으면 고체 내부에 균열이 발생해 경주 중·저준위 방사성폐기물 처분시설의 폐기물 인수 기준을 충족하기 어렵게 된다.

반대로 폐수지를 적게 넣으면 고형화 과정에서 발생하는 고체 폐기물의 양도 늘어 최종적으로 처분해야 할 부피가 커지고, 비용 역시 증가한다. 이 때문에 폐수지는 원전 안에서 임시 보관하는 경우가 많다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 탄화 기술을 적용했다. 폐수지를 산소가 없는 환경에서 가열해 열분해하는 방식이다.

탄화한 폐수지를 고화체 전체 무게의 40%까지 넣고, 시멘트 또는 지오폴리머로 고형화했을 땐 경주 중·저준위 방사성 폐기물 처분시설의 인수 기준을 모두 충족했다.

특히 시멘트나 지오폴리머를 고화체 전체 무게의 60%까지 넣어 고화해도 최종 부피는 탄화 폐수지 자체 부피보다 20% 이내로만 증가했다. 이는 고형화 과정에서 발생하는 최종 처분 부피를 최소화할 수 있다는 것을 의미한다.

고화체에서 방사성물질이 외부로 빠져나오는 정도를 평가했을 때도 기준을 충족했다. 방사성 핵종이 고화체 밖으로 침출·확산되는 것을 억제할 수 있음을 확인한 것이다.

원자력연은 개발한 기술을 이용하면 폐수지를 안정적으로 고형화하면서, 최종 처분해야 할 폐기물의 부피와 처분 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대했다.

이 기술은 현재 국내 특허출원이 마무리된 상태며, 미국·일본·유럽·중국·UAE 등 해외 특허출원도 추진하고 있다.

임 박사는 "고형화 기술은 처리가 까다로운 폐수지를 탄화해 안정적으로 고체화하고, 최종 처분해야 할 폐기물의 부피와 비용을 줄이는 것이 강점"이라고 말했다.

손성준 박사는 "앞으로 다양한 방사성폐기물을 대상으로 장기 처분 건전성과 현장 적용성을 검증해 실용적인 처분 기술로 발전시키겠다"고 말했다.

한편 이번 기술은 그린방사선에 이전돼 폐수지 고형화 처리사업에 활용될 예정이다. 원자력연은 기술이전을 통해 정액기술료 1억원과 매출액의 2%를 경상기술료로 받는다.

그린방사선은 원자력연의 가족회사로 방사성폐기물·방사선·방사화학 분야 기술개발과 기술서비스를 제공하고 있다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr